Uygulanan Enerji Bağıntıları ve Tarama Modelleri
Birçok yaygın fizik, termodinamik ve ısı transferi modeli, PBF teknikleriyle ilgilidir. Özellikle, sonsuz ortamdaki sabit ve hareketli noktasal ısı kaynakları için çözümler ve homojenleştirme denklemleri (örneğin, toz morfolojisine, paketleme yoğunluğuna vb. dayalı toz yatağı termo-fiziksel özelliklerini tahmin etmek için) yaygın olarak kullanılır.
Yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) bölümünde tartışılan katılaşma modellemesi, PBF süreçlerine de uygulanabilir. Bu bölümün amaçları doğrultusunda, PBF proseslerinin enerji girdi özelliklerini tahmin eden oldukça basitleştirilmiş bir model tanıtılmakta ve PBF prosesleri için proses optimizasyonu açısından tartışılmaktadır.
Eriyik havuzu oluşumu ve özellikleri temel olarak, lazer ışını geçerken toz yatağı tarafından emilen uygulanan toplam enerji miktarı tarafından belirlenir. Hem eriyik havuzu boyutu hem de eriyik havuzu derinliği, emilen enerji yoğunluğunun bir fonksiyonudur.
Basitleştirilmiş bir enerji yoğunluğu denklemi, çok sayıda araştırmacı tarafından girdi işlem parametrelerini üretilen parçaların yoğunluğu ve gücü ile ilişkilendirmek için basit bir yöntem olarak kullanılmıştır. Basitleştirilmiş modellerinde, uygulanan enerji yoğunluğu EA (Andrews sayısı olarak da bilinir) kullanılarak bulunabilir.
U, tarama hızıdır ve SP, paralel tarama çizgileri arasındaki tarama aralığıdır. Bu basitleştirilmiş modelde, uygulanan enerji artan lazer gücü ile artar ve artan hız ve tarama aralığı ile azalır. pLS için tipik tarama aralığı değerleri ~100 μm, tipik lazer nokta boyutları ise ~300 μm’dir. Bu nedenle, tipik olarak her nokta, lazer ışınının çoklu geçişleriyle taranır.
Toz emiciliği, füzyon ısısı, lazer nokta boyutu, yatak sıcaklığı veya diğer önemli özellikleri içermemesine rağmen, bir malzeme için makine performansını optimize etmek için en basit analitik yaklaşımı sağlar.
Belirli bir malzeme, lazer nokta boyutu ve makine konfigürasyonu için, istenen malzeme özellikleri için yeterli malzeme füzyonunu elde etmek için gereken minimum uygulanan enerjiyi belirlemek için bir dizi deney yapılabilir. Akabinde, belirli bir makine mimarisi için en hızlı lazer gücü, tarama hızı ve tarama aralığı kombinasyonu kullanılarak yapım hızı en üst düzeye çıkarılabilir.
Uygulanan enerji kullanılarak yapım hızının optimizasyonu, polimer malzemelerin PBF’si için oldukça etkilidir. Bununla birlikte, bir toz yatağında erimiş bir metal havuzu bulunduğunda, genellikle toplanma adı verilen bir olay meydana gelir.
Yüzey gerilimi kuvvetleri, dinamik akışkan, yerçekimi ve yapışma kuvvetlerinin bir kombinasyonunu yendiğinde, erimiş metal bir top oluşturacaktır.
Metal tozlarının yüzey alanı/hacim oranını sınırlamak için yüzey enerjisi itici gücü (bir küre olarak minimize edilir), polimerler için itici kuvvetten çok daha fazladır ve dolayısıyla bu olgu polimerler için önemsizdir, ancak metaller için kritik derecede önemlidir. Çeşitli güç (P) ve tarama hızı (U) kombinasyonlarında topa vurma eğiliminin bir örneği gösterilmektedir.
Bu, çeşitli işlem parametresi kombinasyonlarında oluşturulan beş tipik iz tipini göstermektedir. Bu iz türlerinin her biri ile sonuçlanan güç ve tarama hızı kombinasyonlarını gösteren bir işlem haritası gösterilir.
Childs ve ark. A tipi izler sürekli ve düz tepeli veya hafif içbükeydi. Biraz daha yüksek hızlarda, B tipi paletler yuvarlandı ve yatağa battı. Hız arttıkça, C tipi paletler ara sıra bozuldu, ancak daha yüksek hızlarda düzenli ve sıklıkla kırılan izleri bilye etkisinin mükemmel örnekleri olan D tipi pistlerin düzenliliği ile olmasa da geçerlidir.
Tarama modeli örnekleri
Nitel araştırma modelleri
Kesitsel tarama modeli nedir
Araştırma modeli örneği
Nicel araştırma tarama modeli
Deneme modeli nedir
Tekil tarama modeli nedir
Betimsel tarama modeli PDF
Daha da yüksek hızlarda, maksimum sıcaklıkların katılaşma sıcaklığını aştığı ancak sıvılaşma sıcaklığına ulaşmadığı (yani, kısmen erimiş veya sıvı faz sinterlenmiş izler) kırılgan izler (tip E) oluşmuştur. F bölgesinde, en yüksek hızda, en düşük güç kombinasyonlarında erime meydana gelmedi.
Bu sonuçlar dikkate alındığında, (5.1)’e dayalı olarak belirli bir güç ve tarama aralığı için tarama hızının basit bir şekilde maksimize edilmesi mümkün olmadığından, metaller için yapım hızı optimizasyonunun karmaşık olduğu açıktır. Bununla birlikte, süreç haritası bölgeleri A ve B içinde, (5.1) hala süreç optimizasyonu için bir kılavuz olarak kullanılabilir.
Çok sayıda araştırmacı, analitik ve sonlu elemanlar yöntemleri kullanarak lazer PBF işlemlerinde artık gerilmeleri ve bozulmayı araştırdı. Bu çalışmalar, iz uzunluğundaki artışla artık gerilmelerin ve sonraki parça sehiminin arttığını göstermiştir.
Bu gözlemlere dayanarak, tarama alanını küçük karelere veya şeritlere bölmek ve ardından her bir parçayı kısa izlerle taramak oldukça faydalıdır. Bu nedenle, metaller için katman kesitini küçük bölgelere bölmek için birçok neden vardır.
Kare taramanın rasgeleleştirilmesi (birbiri ardına bitişik kareleri taramak yerine) ve kareler arasındaki birincil tarama yönünün değiştirilmesi, gösterildiği gibi artık gerilimlerin tercihli oluşumunu hafifletmeye yardımcı olur.
Ek olarak, şeritlerin açısının her katmanda değiştiği şeritlerin taranması artık gerilim oluşumu üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Sonuç olarak, metaller için PBF işlemlerinde şeritler ve kare tarama desenleri yaygın olarak kullanılır.
İşleme Zorlukları
PBF proseslerinde toz dağıtımı için birkaç farklı sistem geliştirilmiştir. Toz dağıtımı için tek bir çözümün bulunmaması, tersine dönen silindirin patentli düzenlemelerinden kaçınmanın ötesine geçer. Diğer yaklaşımların geliştirilmesi, teslim edilebilecek daha geniş bir toz türleri ve morfolojileri yelpazesi ile sonuçlanmıştır.
PBF için herhangi bir toz dağıtım sistemi en az dört özelliği karşılamalıdır.
1. Toz haznesini yeniden doldurmak için makineyi duraklatmaya gerek kalmadan işlemin maksimum yapı yüksekliğine ulaşmasını sağlamak için yeterli hacimde bir toz haznesine sahip olmalıdır.
2. Toz rezervuarından yapı platformuna doğru hacimde toz taşınmalıdır;
3. Toz, pürüzsüz, ince, tekrarlanabilir bir toz tabakası oluşturacak şekilde yayılmalıdır.
4. Toz serpme işlemi, önceden işlenmiş katmanları bozan aşırı kesme kuvvetleri oluşturmamalıdır.
